Машины, работающие по циклу Стерлинга

ЦИКЛ КАРНО

Цикл Карио — это термодинамический цикл, состоящий из че­тырех последовательных процессов (рис. 2-2).

Для рассмотрения работы дви­гателя по идеальному циклу Карно предположим, что имеется поршень и цилиндр (см. рис' 2-2). Далее предположим, что цилиндр пол­ностью изолирован, а поршень имеет возможность перемещаться в цилиндре без трения; кроме того, будем считать, что утечки рабо­чего тела из цилиндра отсутст­вуют.

По нашему желанию головка цилиндра может быть принята либо с очень высокой теплопроводно­стью, либо быть полностью тепло­изолированной.

Предположим, что в начале цикла поршень находится в верх­ней мертвой точке; объем между поршнем и оболочкой цилиндра максимальный. Давление и темпе­ратура рабочего тела минимальны; на рис. 2-2, а это соответствует точке /. Пусть теперь поршень дви­жется к головке цилиндра; при этом происходит сжатие рабочего тела, что на рис. 2-2, а показано процессом 1-2. В этом случае предполагается, "что материал го­ловки цилиндра обладает высокой теплопроводностью, а коэффициент теплопередачи бесконечно большой; вследствие этого процесс проте­кает изотермически (при постоян­ной температуре). Работа, затра­ченная на сжатие газа, и отведен­ная от него теплота показаны за­штрихованными площадями соот­ветственно на р, V- и Т, 5-диа - граммах. Поскольку процесс изотермический, количество отве­денной теплоты в точности равно затраченной^работе.

ЦИКЛ КАРНО

Рис. 2-2. Цикл Карио.

А — изотермическое сжатие; б — изо - энтропическое сжатие; в — изотерми­ческое расширение; г — изоэнтропиче- ское расширение; д — цикл Карио в р, V - и Т, S-диаграммах.

Для второго процесса — изоэнтропического сжатия (рис. 2-2, б) считается, что головка цилиндра полностью теплоизолирована. При движении поршня по направлению к головке цилиндра теплота
не может быть отведена от газа, поэтому в идеальном случае энтро­пия остается постоянной. Этот процесс протекает с уменьшением объема и увеличением давления и температуры газа. Работа, про­изведенная над газом, показана заштрихованной площадью на р, У-диаграмме, а передачи теплоты в этом процессе нет. Два остав!- шихся процесса расширения — изотермическое (3-4) и изоэнтро- пическое (4-1) показаны соответственно на рис. 2-2, виг.

В результате объединения этих четырех процессов получится цикл в р9 У - и Т, S-координатах, показанный на рис. 2-2, д. За­штрихованная площадь, ограниченная линией 1-2-3-4 на р, У-диа - грамме, представляет собой полезную работу за цикл. Аналогично площадь 4-3-5-6 на 7 5-диаграмме характеризует подведенную в цикле теплоту. Площадь 1-2-3-4 — теплота, превращенная в ра­боту, а площадь 1-2-5-6 — теплота, отводимая от цилиндра за цикл. Из этой диаграммы ясно, почему цикл Карно имеет наиболь­ший из возможных термический к. п. д. При заданных температур­ных условиях, т. е. при заданных значениях Гмакс и Тмин, невоз­можны циклы с ббльшим отношением площадей 1-2-3-4 и 4-3-5-6,

« W пл. 1-2-3-4

Следовательно, термический к. п. д. ri =------------- =--------------- дол-

R Q пл. 4-3-5-6

Жен быть наибольшим.

В термодинамическом анализе должны использоваться абсолют­ные температуры. В Г, S-диаграмме за нулевую температуру при­нята температура, равная —273° С (О К); вследствие этого, если требуется отвести теплоту, эквивалентную площади 1-2-5-6, то она может быть значительной.

Очевидно, что к. п. д. цикла Карно (и это вообще относится ко всем двигателям) может быть повышен либо путем увеличения тем­пературы Гмакс, либо уменьшением температуры Гмин. Предель­ное значение максимальной температуры Гмакс ограничено кон­струкционными материалами двигателя и называется термическим пределом. За наименьшее возможное значение минимальной тем­пературы Тмин принимается температура охлаждающей воды или воздуха, обычно находящихся при окружающих атмосферных усло­виях.

Сконструировать двигатели, работающие по циклу Карно, прак­тически невозможно: нет конструкционных материалов с совершен­ными теплоизоляционными и теплопередающими свойствами; дви­жение поршней в цилиндрах происходит с трением и имеются по­тери, связанные с утечками газа. Однако наибольшие трудности возникают из-за малой разницы в углах наклона кривых на р, У - диаграмме, описывающих изотермические и изоэнтропические про­цессы в * газе (например, в воздухе); вследствие этого ничтожно мала площадь на р, У-диаграмме (рис. 2-2, д)4 если только не ис­пользуются давление в несколько миллионов атмосфер и ход порш­ня — несколько метров. При таких предельных параметрах двига­тель становится громоздким, тяжелым и совершенно неспособным производить работу на преодоление собственного трения. Несмотря
на невозможность практического использования, цикл Карно по­лезен для предварительного изучения работы любого двигателя. К тому же при некоторых изменениях, приводящих его к циклу Ренкина, цикл Карно является характерным для работы паро - жидкостных машин, таких как, например, поршневые паровые дви­гатели, паровые турбины и фреоновые холодильные установки.

Оригинал книги Машины, работающие по циклу Стерлинга в формате джвю можно скачать здесь

Машины, работающие по циклу Стерлинга

Среднее давление цикла

Среднее давление цикла определяется формулой 2я 2я Рср-— Г рй(ф—0) = — Г Р-акс(1-в) (4.12) FcP 2Я J Н V 2я J l+6cos(<D-0) V v / [10] [11] Подобное расположение …

НЕКОТОРЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Несколько советов, заслуживающих внимания, при конструи­ровании машин Стирлинга. Быть реалистами. Легко сделаться оптимистом и восторженно относиться к потенциальным возможностям машин Стирлинга. Не­обходимо признать, что двигатель фирмы «Филипс» — это резуль­тат …

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К ИССЛЕДОВАНИЯМ В ОБЛАСТИ РЕГЕНЕРАТОРОВ И ТЕПЛООБМЕННИКОВ

Из гл. 7 следует, что существующие методы проектирования регенеративных (и других) теплообменников неудовлетворительны. Исследования в этой области могут быть предприняты на инженер­ных факультетах университетов, но при этом должен быть достиг­нут …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.